Costածր ծախսերի բիոպրինտեր. 13 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Մենք UC Davis- ի ուսանողներն ենք, ովքեր ղեկավարում են ուսանողները: Մենք BioInnovation Group- ի մի մասն ենք, որը գործում է TEAM- ի մոլեկուլային նախատիպավորման և կենսաինովացիոն լաբորատորիայում (խորհրդատուներ ՝ դոկտոր Մարկ Ֆասիոտի և Էնդրյու Յաո, Մ. Ս.): Լաբորատորիան միավորում է տարբեր ծագման ուսանողներին `այս նախագծի վրա աշխատելու համար (մեխ/քիմիական/կենսաբժշկական ճարտարագիտություն):

Այս նախագծի մի փոքր նախապատմություն այն է, որ մենք սկսեցինք տրանսգենային բրնձի բջիջների տպագրությունը ChemE բաժնի դոկտոր Կարեն Մաքդոնալդի հետ համատեղ `նպատակ ունենալով մշակել ցածր գնով բիոպրինչեր` կենսատպագրությունն ավելի հասանելի դարձնելու համար հետազոտական հաստատություններին: Ներկայումս ցածրորակ կենսատպիչների արժեքը մոտ $ 10, 000 է, իսկ բարձրակարգը `մոտ $ 170, 000: Ի տարբերություն մեր տպիչի, կարելի է կառուցել մոտ $ 375:

Պարագաներ

Մասեր:

1. Թեքահարթակներ 1.4 ՝
2. Arduino mega 2560 ՝
3. Ստեփեր շարժիչների վարորդներ ՝
4. Լրացուցիչ քայլային շարժիչ (ըստ ցանկության)
5. Ստեղծող ճառագայթ 2 x 1 դյույմ
6. Maker beam attachment hardware
7. M3 պտուտակներ ՝ տարբեր չափսերի
8. M3 ընկույզ x2
9. 8 մմ պտուտակով ձող
10. 8 մմ ընկույզ
11. 608 կրող
12. Ամրակող սեղմիչ
13. Թել
14. Monoprice V2
15. Zip կապեր
16. M3 ջերմային ընկույզներ 2 մմ լայնությամբ

Գործիքներ:

1. Հորատեք տարբեր չափերի բիթեր
2. Ձեռքի փորվածք
3. Հորատման մամլիչ
4. Սղոցող սղոց
5. Sոդման երկաթ + զոդ
6. Մետաղալար մերկապարուհի
7. Ասեղ քթի տափակաբերան աքցան
8. Վեցանկյուն բանալիներ տարբեր չափերի

Լաբորատոր պարագաներ.

1. Petri ուտեստներ ՝ 70 մմ տրամագծով
2. 60 մլ ներարկիչ Luer-lock ծայրով
3. 10 մլ ներարկիչ Luer-lock ծայրով
4. Luer-lock կցամասեր
5. Խողովակներ կցամասերի համար
6. T միակցիչ խողովակների համար
7. Ցենտրիֆուգա
8. Կենտրոնախույս խողովակներ 60 մլ
9. Մասշտաբ
10. Նավակներ կշռել
11. Ավտոկլավ
12. Գավաթներ
13. Ավարտված գլան
14. 0.1 Մ CaCl2 լուծույթ
15. Ագարոս
16. Ալգինատ
17. Մեթիլցելյուլոզ
18. Սախարոզա

Softwareրագրային ապահովում:

1. Fusion 360 կամ Solidworks
2. Arduino IDE
3. Կրկնվող հաղորդավար
4. Ultimaker Cura 4

Քայլ 1: Ընտրեք 3D տպիչ

Մենք ընտրեցինք Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2- ը որպես մեկնարկային 3D տպիչ: Այս տպիչն ընտրվել է իր ցածր գնով և մատչելիությամբ: Բացի այդ, տպիչի չափազանց ճշգրիտ 3D մոդելն արդեն հասանելի էր, ինչը դիզայնը դյուրացրեց: Այս հրահանգը հարմարեցված կլինի այս հատուկ տպիչի համար, բայց նմանատիպ գործընթացը կարող է օգտագործվել այլ սովորական FDM տպիչներ և CNC մեքենաներ փոխարկելու համար:

Բարձր ճշգրտության մոդել ՝

Քայլ 2: 3D տպագրություն

Մինչև Monoprice տպիչի ապամոնտաժումը, 3D տպիչի փոփոխման համար անհրաժեշտ է 3D տպել մի քանի մաս: Կան մածուկի էքստրուդերների տարբերակներ ՝ մեկը, որը պահանջում է էպոքսիդ, իսկ մեկը ՝ ոչ: Այն, որը պահանջում է էպոքսիդ, ավելի կոմպակտ է, բայց ավելի դժվար է հավաքվել:

Քայլ 3: Պատրաստեք տպիչ ՝ փոփոխման համար

Առջևի աշտարակի վահանակը, ներքևի ծածկը և կառավարման վահանակը պետք է հեռացվեն: Երբ հատակը հեռացվել է, անջատեք բոլոր էլեկտրոնիկաները կառավարման տախտակից և հանեք կառավարման տախտակը:

Քայլ 4: Փոխարինելի լեռ

Մարմինը 1 և մարմինը 14 յուրաքանչյուրը պահանջում են երկու ջերմային ընկույզ: Մարմինը 1 -ը տեղադրված է տպիչի շրջանակին `գոտու տակ թաքնված երկու M3 պտուտակներով: Հեղույսները կարող են բացահայտվել ՝ գոտու լարիչը հանելով և գոտին մի կողմ քաշելով:

Քայլ 5: Z Axis Switch

Z- առանցքի անջատիչը վերափոխվում է այնպես, որ ցանկացած երկարության ասեղ կարող է օգտագործվել տնային հաջորդականության ընթացքում ՝ առանց ծրագրային ապահովման մեջ փոխհատուցման: Անջատիչը պետք է տեղադրվի 2 M3 պտուտակով `տպիչի շասսիին անմիջապես տպիչի գլխի տակ` հնարավորինս մոտ տպագրական մահճակալին:

Քայլ 6: Լարերի տեղադրում

Էլեկտրագծերը կատարվում են Ramps 1.4 չափանիշներին համապատասխան: Պարզապես հետևեք միացման սխեմային: Կտրեք և թիթեղյա լարերը, որքան անհրաժեշտ է տերմինալային բլոկների համար: Որոշ լարեր կարող են երկարաձգվել:

Քայլ 7: Էպոքսիդային էքստրուդեր

Թեև այս արտամղիչն ավելի քիչ ժամանակ է պահանջում տպելու համար, այն օգտագործում է էպոքսիդ, ինչը շինարարության ընդհանուր ժամանակը հասցնում է ավելի քան 24 ժամի: 8 մմ պտուտակով ձողը պետք է էպոքսիդացվի 608 կրիչի վրա, իսկ կրողը պետք է էպոքսիդացվի 3D տպված կտոր 21 -ի վրա: Բացի այդ, պտուտակավոր ձողի ընկույզը պետք է էպոքսիդացվի մարմն 40 -ին: Էպոքսիդն ամբողջությամբ բուժվելուց հետո, կաուչուկը 60 մլ և 10 մլ ներարկիչի մխոցների խորհուրդները կարող են տեղադրվել համապատասխանաբար Մարմնի 9 -ի և Մարմնի 21 -ի վրա: Չհաջողվեց գտնել համապատասխան T կցամաս, այնպես որ հումքը պատրաստվեց 6 մմ տրամագծով փողային խողովակներից և զոդումից: Էքստրուդերը գործում է որպես հիդրավլիկ համակարգ, որը Bioink- ը դուրս է մղում 10 մլ ներարկիչի ստորին խցիկից: Օդը կարող է դուրս հանվել համակարգից ՝ թափահարելով խողովակները ՝ միաժամանակ պահելով T կցամասը ամենաբարձր կետում:

Քայլ 8: Կանոնավոր տեղադրման արտամղիչ

Այս արտամղիչ սարքը կարող է պարզապես ամրացվել: Այս արտամղիչի բացասական կողմն այն է, որ այն ավելի զանգվածային է և ունի բարձր հակազդեցություն:

Քայլ 9. Քայլ 9. Arduino որոնվածը

Arduino- ին անհրաժեշտ է որոնվածը `stepper վարորդների և այլ էլեկտրոնիկայի գործարկման համար: Մենք ընտրեցինք Marlin- ը, քանի որ այն անվճար է, հեշտությամբ փոփոխվում է Arduino IDE- ով և լավ աջակցվում է: Մենք փոփոխել ենք որոնվածը մեր հատուկ սարքավորման համար, սակայն այլ տպիչների համար այն փոխելը բավականին պարզ է, քանի որ ամբողջ ծածկագիրը մեկնաբանվում և հստակ բացատրվում է: Կրկնակի սեղմեք MonopriceV2BioprinterFirmware.ino ֆայլը ՝ marlin- ի կազմաձևման ֆայլերը բացելու համար:

Քայլ 10: Cura Անձնագիր

Cura- ի պրոֆիլը կարող է ներմուծվել Ultimaker Cura 4.0.0 -ի մեջ և օգտագործվել բարձր մակերևույթի ցանցեր պատրաստելու համար `առատ ռեակտորում օգտագործելու համար: Տպիչի համար Gcode- ի սերունդը դեռևս փորձնական է և պահանջում է մեծ համբերություն: Կցված է նաև շրջանաձև առատ ռեակտորի փորձարկման կոդ:

Քայլ 11: Փոխել Start G- կոդը

Տեղադրեք այս կոդը մեկնարկային G- կոդի կարգավորումը:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Repetier- ում սկզբնական Gcode- ը փոփոխելու համար անցեք slicer-> Configuration-> G-codes-> start G- կոդեր: Անհրաժեշտ է փոփոխել G92 Z արժեքը յուրաքանչյուր առանձին դեպքի համար: Դանդաղ բարձրացրեք արժեքը, մինչև որ ասեղը տպման սկզբում Petri- ի ափսեի մակերեսից ցանկալի հեռավորություն լինի:

Քայլ 12: Կենսական կապի ստեղծում

Applicationրագրի համար հարմար Bioink- ի մշակման գործընթացը բարդ է: Սա այն գործընթացն է, որին մենք հետևեցինք.

Ամփոփում

Հիդրոգելը հարմար է կտրվածքի նկատմամբ զգայուն բույսերի բջիջների համար և ունի բաց մակրոփորներ, որոնք թույլ են տալիս դիֆուզիոն: Հիդրոգելը պատրաստվում է ագարոզը, ալգինատը, մեթիլցելյուլոզը և սախարոզը դեոնացված ջրում լուծելով և բջիջներ ավելացնելով: Գելը մածուցիկ է, քանի դեռ չի բուժվել 0.1 Մ կալցիումի քլորիդով, ինչը դարձնում է ամուր: Կալցիումի քլորիդի բուժիչ լուծույթը խաչվում է ալգինատի հետ `այն ամուր դարձնելու համար: Ալգինատը գելի հիմքն է, մեթիլցելյուլոզը համասեռացնում է գելը, իսկ ագարոզը ավելի շատ կառուցվածք է ապահովում, քանի որ այն գել է սենյակային ջերմաստիճանում: Սախարոզան սնունդ է տալիս բջիջներին, որպեսզի նրանք շարունակեն աճել հիդրոգելի մեջ:

Գելի ստուգման որոշ փորձերի համառոտ ակնարկ

Մենք փորձարկեցինք տարբեր հիդրոգելներ ՝ տարբեր քանակությամբ ագարոզով և գրանցեցինք դրա հետևողականությունը, որքան հեշտությամբ տպվեց, և արդյոք այն ընկղմվե՞ց, թե՞ լողաց բուժիչ լուծույթում: Ալգինատի տոկոսադրույքի նվազումը գելը չափազանց հեղուկ դարձրեց, և այն չկարողացավ պահպանել իր ձևը տպագրությունից հետո: Ալգինատային տոկոսադրույքի բարձրացումը ստիպեց բուժիչ լուծույթն այնքան արագ աշխատել, որ գելը կպչեր մինչև վերին շերտին կպչելը: Հիդրոգելը, որը պահպանում է իր ձևը և շատ արագ չի բուժվում, մշակվել է 2,8% քաշով ալգինատ օգտագործելով:

Ինչպես զարգացնել հիդրոգել

Նյութեր

Ագարոզա (0,9 %քաշ)

Ալգինատ (2,8 %քաշ)

Մեթիլցելյուլոզ (3.0%քաշ)

Սախարոզ (3.0%քաշ)

Կալցիումի քլորիդ.1 Մ (147.001 գ/մոլ)

ddH20

բջջային ագրեգատներ

2 լվացված և չորացրած գավաթներ

1 Mixing Spatula

Ալյումինե փայլաթիթեղ

Պլաստիկ կշռման թուղթ

Ավարտված գլան

Ընթացակարգ

Հիդրոգելի պատրաստում.

1. Չափեք ddH20- ի որոշակի քանակ ՝ հիմնվելով, թե որքան գել լուծույթ եք ցանկանում պատրաստել: Օգտագործեք աստիճանավորված մխոց ՝ ddH20- ի որոշակի ծավալ ստանալու համար:
2. Հիդրոգելի լուծույթը կպարունակի Ալգինատ (2.8 %քաշ)), ագարոզա (0.9 %wt), սախարոզա (3 %wt %) և մեթիլցելյուլոզ (3 %wt %): Հիդրոգելի լուծույթի բաղադրիչների ճիշտ մասերը չափվելու են պլաստիկ կշռման թղթի միջոցով:
3. Բոլոր բաղադրիչների կշռման ավարտից հետո չոր բաժակներից մեկին ավելացրեք ddh20, սախարոզա, ագարոզ և, վերջապես, նատրիումի ալգինատ: Շրջեք խառնվելու համար, բայց մի օգտագործեք սպաթուլա, քանի որ փոշին կպչունանա սպաթուլային:
4. Խառնվելուց հետո գավաթի վերևը պատշաճորեն փաթաթեք ալյումինե փայլաթիթեղով և դրեք այն բաժակի վրա: Նրբաթիթեղի վերևում ավելացրեք մի կտոր ավտոկլավ ժապավեն:
5. Մնացած մեթիլցելյուլոզը դրեք մյուս չոր բաժակի մեջ և փաթեթավորեք այն ալյումինե փայլաթիթեղով, ինչպես նախորդ բաժակը: Պիտակեք այս բաժակի վրա և փայլաթիթեղի վերևում ավելացրեք մի կտոր ավտոկլավ ժապավեն:
6. 1 թիակ փաթաթեք ալյումինե փայլաթիթեղի մեջ և համոզվեք, որ դրանցից ոչ մեկը բաց չէ: Փաթաթված սպաթուլայի վրա ավելացրեք ավտոկլավ ժապավեն:
7. Ստերիլիզացման ցիկլի ընթացքում 2 բաժակ և 1 թիակ 121 C ջերմաստիճանում 20 րոպե տաքացրեք ավտոկլավում: Մի՛ օգտագործեք Ավտոկլավը ստերիլ և չորացած հեծանիվով:
8. Ավտոկլավի ցիկլն ավարտվելուց հետո թույլ տվեք, որ գելը սառչի մինչև սենյակային ջերմաստիճանը և այն հասնելուն պես սկսեք գործել Կենսաբանական անվտանգության կաբինետում:
9. Համոզվեք, որ լվացեք ձեր ձեռքերը և ձեռքերը և օգտագործեք համապատասխան ասեպտիկ տեխնիկա `կենսաանվտանգության պահարանում աշխատելուց հետո: Նաև համոզվեք, որ անմիջական շփման մեջ չգտնվեք այն առարկաների հետ, որոնք կպչեն գելին կամ մոտ կլինեն գելին (օրինակ ՝ սպաթուլայի խառնիչ ծայրը կամ ալյումինե փայլաթիթեղի շրջանը, որը նստած է գելի վրա)
10. Կենսաանվտանգության կաբինետում մեթիլցելյուլոզը խառնել գելի հետ `համասեռ տարածում ստանալու համար: Խառնուրդն ավարտելուց հետո վերևը փաթեթավորեք խառը գելի լուծույթը և ամբողջ գիշեր դրեք սառնարանում:
11. Այստեղից գելը կարող է օգտագործվել բջիջների ներմուծման կամ տպագրության այլ օգտագործման համար:

Բջիջների ավելացում.

1. Terտեք բջիջները, որպեսզի դրանք նույն չափի լինեն: Filterտման մեր ընթացակարգն է

   Թեթև քերծեք բջիջները petri ամանից և օգտագործեք 380 միկրոմետր մաղով `բջիջները զտելու համար:

2. Մեղմորեն խառնել ֆիլտրացված բջիջները հիդրոգելի լուծույթի մեջ `օգտագործելով հարթ գլխի սպաթուլա` խառնուրդի (ավտոկլավացված) կորստից խուսափելու համար:
3. Բջիջները խառնելուց հետո ցենտրիֆուգացնել փուչիկները
4. Այստեղից հիդրոգելը ամբողջական է և կարող է օգտագործվել տպագրության, բուժման և ապագա փորձերի համար:

Ինչպես մշակել բուժիչ լուծույթ (0.1 Մ կալցիումի քլորիդ, CaCl2)

Նյութեր

Կալցիումի քլորիդ

ddH20

Սախարոզա (3 %քաշ)

Ընթացակարգ (պատրաստման 1 լ լուծույթ պատրաստելու համար)

1. Չափել 147.01 գ կալցիումի քլորիդ, 30 մլ սախարոզա և 1 լ ddH20:
2. Խառնել կալցիումի քլորիդը, սախարոզան և ddH20- ը մեծ բաժակի կամ տարայի մեջ:
3. Լցնել գելը բուժիչ լուծույթի մեջ առնվազն 10 րոպե `բուժելու համար:

Քայլ 13: Տպել:

Տեսականորեն, Կենսատպագրությունը չափազանց պարզ է. սակայն, գործնականում, կան բազմաթիվ գործոններ, որոնք կարող են ձախողումների պատճառ դառնալ: Այս գելի միջոցով մենք պարզեցինք, որ մի քանի բան կարելի է անել ՝ մեր դիմումի հաջողությունը առավելագույնի հասցնելու համար.

1. Տպելիս գելը մասամբ բուժելու համար օգտագործեք CaCl2 լուծույթ,
2. Կպչունությունը բարձրացնելու համար օգտագործեք թղթե սրբիչ ՝ Պետրիի ամանի ներքևում
3. Թղթե սրբիչով հավասարաչափ փոքր քանակությամբ CaCl2 տարածեք ամբողջ տպման վրա
4. օգտագործել Flowrate slider- ը Repetier- ում `ճիշտ հոսք գտնելու համար

Տարբեր ծրագրերի և տարբեր գելերի դեպքում կարող է անհրաժեշտ լինել օգտագործել տարբեր տեխնիկա: Մեր ընթացակարգը ստեղծվել է մի քանի ամսվա ընթացքում: Համբերությունը բանալին է:

Հաջողություն, եթե փորձեք այս նախագիծը և ազատ զգաք ցանկացած հարց տալու:

Առաջին մրցանակ Arduino մրցույթում 2019 թ